“Lähin musta aukko”-järjestelmässä ei sittenkään ole mustaa aukkoa

eso2204fi — Tutkimustiedote 2. maaliskuuta 2022

Vuonna 2020 Euroopan eteläisen observatorion (ESO) tähtitieteilijöiden johtama tutkimusryhmä ilmoitti Maata lähimmästä mustasta aukosta, joka sijaitsee vain 1 000 valovuoden päässä HR 6819 -järjestelmässä. Muut tutkijat ovat kuitenkin kiistäneet heidän tutkimuksensa tulokset. Näihin kuuluu kansainvälinen KU Leuvenissa, Belgiassa toimiva tutkimusryhmä. Tänään julkaistussa tieteellisessä artikkelissa nämä kaksi tutkimusryhmää kertovat, että HR 6819:ssä ei itse asiassa olekaan mustaa aukkoa, vaan sen sijaan se on ”vampyyri”, joka on todellisuudessa kahden tähden järjestelmä sen kehityksen harvinaisessa ja lyhytaikaisessa vaiheessa.

Uusi tutkimus, jossa käytettiin ESO:n Very Large Telescope - ja Very Large Telescope -interferometrien tietoja, on paljastanut, että HR 6819, jonka aiemmin uskottiin olevan kolminkertainen järjestelmä, jossa on musta aukko, onkin itse asiassa kahden tähden järjestelmä, jossa ei ole mustaa aukkoa. Tutkijat, KU Leuven-ESO -tiimi, uskovat havainneensa tätä binäärijärjestelmää hetkessä sen jälkeen, kun yksi tähdistä oli imenyt kaasukehän kumppanistaan, ilmiötä, jota usein kutsutaan "tähtien vampyrismiksi". Tämän taiteilijan tekemä kuva osoittaa, miltä järjestelmä voisi näyttää; se koostuu ellipsisestä tähdestä, jonka ympärillä on kaasukiekko ("vampyyri" tähti etualalla) ja B-tyypin tähdestä, joka kaasukehä on riipiytynyt (tausta). Kuva ESO / L. Tie.

HR 6819:n alkuperäinen tutkimus keräsi laajalti lehdistön ja tutkijoiden huomiota. Thomas Rivinius, joka on Chilessä työskentelevä ESO:n tähtitieteilijä ja kyseisen artikkelin pääkirjoittaja, ei ollut yllättynyt tähtitiedeyhteisön reaktioista mustan aukon löytämiseen. ”Ei ole ainoastaan normaalia, vaan erityisen tarpeellista, että tuloksia arvioidaan kriittisesti”, hän sanoi, ”ja tulosta, joka kerää laajasti huomiota, vieläkin enemmän.”

Rivinius ja hänen kollegansa olivat vakuuttuneita siitä, että paras selitys MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopin tekemille havainnoille oli, että HR 6819 oli kolmoisjärjestelmä. Siinä yksi tähti kiertää mustaa aukkoa 40 päivän välein ja toinen tähti on paljon kaukaisemmalla kiertoradalla. Julia Bodensteinerin johtamassa tutkimuksessa (silloin väitöskirjan tekijänä KU Leuvenissa Belgiassa), ehdotettiin kuitenkin toisenlaista selitystä samoille tiedoille: HR 6819 voisi olla myös järjestelmä, jossa onkin vain kaksi tähteä 40 päivän kiertoradalla eikä mustaa aukkoa lainkaan. Tämä vaihtoehtoinen skenaario tarkoittaisi sitä, että toinen tähti olisi aikaisemmin menettänyt suuren osan massastaan toiselle tähdelle.

”Olimme saavuttaneet nykyisestä datasta saatavilla olevan tiedon rajan, joten jouduimme kääntymään erilaisen havainnointistrategian pariin, jotta pystyismme päättämään kahden tutkimusryhmän ehdottamien skenaarion välillä”, KU Leuvenin tutkija Abigail Frost, joka johti tänään Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistua uutta tutkimusta, sanoi.

Tämän arvoituksen ratkaisemiseksi nämä kaksi tutkimusryhmää työskentelivät yhdessä saadakseen uutta ja tarkempaa tietoa HR 6819:sta ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) avulla ja VLTI-interferometrillä. ”Ainoastaan VLTI pystyi antamaan meille juuri ne ratkaisevat tiedot, joita tarvitsimme erottaaksemme nämä kaksi selitystä toisistaan”, Dietrich Baade sanoi. Hän oli mukana sekä alkuperäisessä HR 6819-tutkimuksessa että uudessa Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Koska ei ollut järkevää pyytää samaa havaintoa toistamiseen, nämä kaksi ryhmää yhdistivät voimansa, mikä antoi heille mahdollisuuden yhdistää resurssinsa ja tietonsa selvittääkseen tämän järjestelmän todellisen luonteen.

”Etsimämme vaihtoehdot olivat melko selkeitä, hyvin erilaisia toisistaan ja helposti erotettavissa oikealla instrumentilla”, Rivinius sanoi. ”Sovimme, että järjestelmässä oli kaksi valonlähdettä. Avoin kysymys oli, kiertävätkö ne toisiaan hyvin lähellä, kuten hajoavan tähden skenaariossa, vai ovatko ne kaukana toisistaan, kuten mustan aukon skenaariossa.”

Näiden kahden vaihtoehdon erottamiseksi tähtitieteilijät käyttivät sekä VLTI:n GRAVITY-instrumenttia, että ESO:n VLT:ssä olevaa Multi Unit Spectroscopic Explorer, eli MUSE-instrumenttia.

”MUSE vahvisti, ettei laajemmalla kiertoradalla ollut kirkasta seuralaista, kun taas GRAVITYn suuren erotuskyvyn ansiosta pystyttiin erottamaan kaksi kirkasta valopistettä, joiden keskinäinen etäisyys on vain kolmannes Maan ja Auringon välisestä etäisyydestä”, Frost sanoi. ”Tämä tieto oli palapelin viimeinen pala, jonka avulla pääteltiin, että HR 6819 on kaksoistähtijärjestelmä, jossa ei ole mustaa aukkoa.”

”Paras tulkintamme järjestelmästä tähän mennessä on, että havaitsemme tätä kaksoistähtijärjestelmää hieman sen jälkeen, kun toinen tähdistä oli riistänyt kaasukehän pois kumppanitähdestään. Tämä on läheisissä kaksoistähtijärjestelmissä yleinen tapahtuma, jota joskus kutsutaan yleisesti nimellä ”tähtien vampirismi”, Bodensteiner selitti. Hän on nyt ESO felow Saksassa ja yksi uuden tutkimuksen kirjoittajista. ”Samalla kun luovuttajatähdeltä riistettiin osa sen materiasta, niin vastaanottajatähti alkoi pyöriä nopeammin.”

”Tällaisen keskinäisen vuorovaikutuksen jälkeisen hetken havaitseminen on erittäin vaikeaa, koska se on niin lyhytkestoinen”, Frost lisäsi. ”Tämä tekee HR 6819:n havainnoista erittäin jännittäviä, koska se on täydellinen kohde, jonka avulla voidaan tutkia, miten tämä vampirismi vaikuttaa massiivisten tähtien kehitykseen. Tämä puolestaan lisää tietoamme näihin kohteisiin liittyvistä ilmiöistä, kuten gravitaatioaalloista ja rajuista supernovaräjähdyksistä.”

Tämä juuri perustettu Leuven-ESO:n yhteinen tutkimusryhmä aikoo nyt seurata HR 6819:ää tarkemmin VLTI:n GRAVITY-instrumentin avulla. Tutkijat tulevat tekemään järjestelmästä yhteistä tutkimusta ymmärtääkseen paremmin sen kehitystä, ominaisuuksia. Tämän tiedon avulla tutkijat saavat lisää tietoa myös muista kaksoistähtijärjestelmistä.

Mustien aukkojen etsimisen osalta tutkimusryhmä pysyy optimistisena. ”Tähtien massaiset mustat aukot ovat luonteeltaan hyvin vaikeasti ymmärrettäviä”, Rivinius sanoi. ”Mutta suuruusarviona voidaan sanoa, että pelkästään Linnunradalla on kymmeniä tai satoja miljoonia mustia aukkoja”, Baade lisäsi. On vain ajan kysymys, kunnes tähtitieteilijät löytävät ne.

Huomautukset

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa “HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy” (DOI: 10.1051/0004-6361/202143004), joka ilmestyy Astronomy & Astrophysics julkaisussa.